Un'immersione profonda nel viroma umano / A Deep Dive Into the Human Virome
Un'immersione profonda nel viroma umano / A Deep Dive Into the Human Virome
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Ospitiamo un gran numero di virus diversi.
Il viroma umano, ovvero l'insieme dei virus che popolano il nostro corpo, è incredibilmente complesso, formato da virus che causano infezioni acute o persistenti e da virus che coesistono con noi senza contribuire allo sviluppo di malattie.
Siamo costantemente esposti ai virus, il che può modificare la composizione e l'abbondanza del viroma nel tempo. Questo è influenzato anche dalla dieta, dall'età, dai farmaci e dalle malattie. Inoltre, i virus presenti nel viroma interagiscono con il nostro sistema immunitario, il che può avere effetti benefici o dannosi sulla nostra salute.
Nonostante la crescente attenzione rivolta al viroma umano, la stragrande maggioranza dei virus che apparentemente non causano malattie rimane poco studiata.
Il Programma sul Viroma Umano (HVP) dei National Institutes of Health (NIH) è un'iniziativa incentrata sulla descrizione del viroma "sano". I suoi obiettivi sono identificare e catalogare questi virus, sviluppare nuovi strumenti e metodi per studiarli, comprendere come interagiscono con il corpo umano ed altri microbi e rendere i risultati ed i dati ottenuti ampiamente accessibili ai ricercatori.
In occasione del congresso Microbe 2026 dell'American Society for Microbiology, il NIH ospiterà una tavola rotonda sull'HVP (Viroma Umano). Prima della conferenza, Technology Networks ha intervistato alcuni dei relatori per raccogliere le loro opinioni sulle difficoltà nello studio del viroma umano, su cosa abbiamo appreso finora riguardo al suo impatto sulla nostra salute e su come il lavoro svolto nell'ambito dell'HVP potrebbe plasmare il futuro dell'assistenza sanitaria.
Il dottor Caleb Lareau è membro assistente del programma di biologia computazionale e dei sistemi presso lo Sloan Kettering Institute. La dottoressa Yvonne L. Hernandez-Kapila è professoressa e vicedirettrice per la ricerca presso l'Università della California, Los Angeles. La dottoressa Liliana Brown è direttrice dell'Ufficio di genomica e tecnologie avanzate presso il National Institute of Allergy and Infectious Diseases. La dottoressa Becky Miller è responsabile del programma Human Virome.
Katie Brighton (KB): Cosa sappiamo attualmente su come il viroma umano influenza la nostra salute?
Dott. Caleb Lareau (CL): Sorprendentemente poco! Nonostante il numero di particelle virali superi di 10 a 1 il numero di cellule umane, abbiamo una comprensione molto limitata di come queste popolazioni virali differiscano negli stati patologici. Sono stati riportati casi di malattie in cui il viroma risulta alterato, ma è necessario capire se si tratti di una correlazione o di un rapporto causale per comprendere meglio il suo impatto sulla nostra salute.
La dottoressa Yvonne Kapila-Hernandez (YK-H): Nonostante le stime suggeriscano che nel corpo umano risiedano oltre 380 trilioni di virus, un ordine di grandezza superiore al numero di batteri, il viroma umano rimane in gran parte inesplorato.
Precedenti studi sul viroma umano hanno evidenziato la sua vastità, complessità ed eterogeneità. Dai primi tentativi di definire il viroma in condizioni di salute e malattia sono emersi diversi risultati chiave, tra cui l'esistenza di uno spettro di nicchie ecologiche che variano nel corso della vita, complesse interazioni interregno tra virus e batteri e con il sistema immunitario dell'ospite, e la potenziale importanza dei virus commensali.
Le pandemie e le minacce globali del secolo scorso hanno messo in luce la nostra limitata conoscenza dei patogeni virali presenti nell'organismo. Inoltre, mancano informazioni su cosa costituisca un viroma umano sano in individui di diversa età ed in diverse condizioni di salute, il che rappresenta una considerevole lacuna conoscitiva.
Dott.ssa Becky Miller (BM) e Dott.ssa Liliana Brown (LB) : Sappiamo che i virus sono una parte naturale del microbioma umano, ovvero l'insieme di microbi che vivono dentro e su di noi, e che il viroma umano è ampio e diversificato.
Sebbene siano noti meno di 500 virus in grado di causare malattie nell'uomo, nel nostro corpo si trovano anche trilioni di altri virus, per lo più batteriofagi che infettano i batteri.
Recenti studi scientifici hanno rivelato associazioni tra la struttura e la composizione del viroma umano ed alcune malattie, come le malattie infiammatorie croniche intestinali od il diabete. Tuttavia, rimangono ancora molti interrogativi su come questi virus interagiscano con il nostro sistema immunitario, come possano contribuire alla salute ed in quali circostanze possano favorire lo sviluppo di patologie.
Il viroma è sempre più riconosciuto come una componente importante della fisiologia umana, sebbene il suo impatto completo sia ancora in fase di scoperta.
KB: Quali sono le principali sfide nello studio del viroma umano e come pensi che si possano superare?
CL: I virus possono assumere forme e dimensioni molto diverse. Alcuni sono costituiti solo da RNA, altri solo da DNA, ed altri ancora sembrano non codificare per alcuna proteina. L'enorme numero e la grande diversità dei virus rendono difficile creare metodi sperimentali per mapparli tutti.
Stiamo superando questa difficoltà coinvolgendo persone con diverse competenze tecnologiche, che spaziano dai metodi batterici alla viromica del suolo ed alla genetica umana, per affrontare e superare collettivamente queste sfide.
YH-K: Precedenti studi di sequenziamento metagenomico del viroma hanno individuato sequenze virali che non corrispondono alle informazioni presenti nei database e che rappresentano quindi una "materia oscura" virale ancora da definire. Queste lacune conoscitive costituiscono un ostacolo al progresso scientifico, limitando profondamente la nostra capacità di individuare e controllare i virus che rappresentano una minaccia per la popolazione umana.
L'HVP si propone di colmare queste lacune definendo tutte le sfaccettature del viroma umano nell'arco della vita ed in diverse popolazioni, indipendentemente dalla loro salute; l'impiego e lo sviluppo di nuovi strumenti ed approcci saranno elementi chiave per far progredire il settore.
BM e LB: Studiare il viroma umano si è rivelato impegnativo a causa della sua enorme diversità all'interno di una singola persona, tra diverse sedi corporee e tra individui ed ambienti differenti. Confrontare i viromi è difficile perché la categorizzazione dei virus non è semplice. Ad esempio, i genomi virali possono essere costituiti da DNA o RNA, le loro dimensioni possono variare da poche a centinaia di kilobasi, le loro forme possono essere estremamente diverse, da piccole conformazioni sferiche a strutture complesse, ed i loro cicli vitali sono incredibilmente diversi. Questa diversità, a sua volta, pone delle sfide allo sviluppo di metodi di campionamento, elaborazione e sequenziamento che identifichino in modo coerente tutti i tipi di virus.
A causa della grande varietà, la maggior parte del contenuto genomico dei virus appena scoperti non corrisponde ad alcuna informazione presente nei database esistenti, pertanto giungere a conclusioni sulle funzioni virali risulta estremamente difficile.
Tra le ulteriori sfide vi è la distinzione tra i veri segnali virali e la contaminazione. L'HVP è progettato per affrontare questi ostacoli sviluppando strumenti, modelli e metodi computazionali innovativi, nonché creando set di dati, protocolli e risorse standardizzati a supporto della più ampia comunità di ricerca.
KB: Quali aree di ricerca coperte dall'HVP ti entusiasmano di più?
CL: Il nostro gruppo si concentra sulla comprensione di come le cellule umane interagiscono con i virus. Siamo particolarmente entusiasti di capire come le differenze individuali nella funzione immunitaria interagiscano con virus diversi, determinando esiti clinici differenti. Credo che comprendere come il nostro sistema immunitario interagisce con questi virus potrebbe essere la chiave per comprendere la funzione immunitaria a lungo termine ed individuare potenziali bersagli terapeutici (ovvero, nuove immunoterapie) per curare malattie diverse dalle infezioni.
YH-K: Il nostro centro presso l'UCLA si concentra sulla definizione dei virus lungo l'asse orale-intestino-cervello; un'importante unità funzionale già nota e rilevante per il microbioma umano in condizioni di salute e malattia.
BM e LB: Il programma abbraccia diverse aree importanti, tra cui la caratterizzazione su larga scala del viroma umano di individui negli Stati Uniti, lo sviluppo di nuovi strumenti ed approcci computazionali e studi su come il viroma interagisce con il corpo umano ed altri microbi. Insieme, questi sforzi hanno il potenziale per ampliare significativamente la nostra comprensione di come si forma il viroma, come cambia nel tempo e nel corso della vita, come risponde a fattori come l'invecchiamento e l'ambiente e come contribuisce alla fisiologia umana.
KB: La tavola rotonda all'ASM 2026 verterà sui due anni di attività dell'HVP: secondo te, come è cambiata la nostra comprensione del viroma umano in questo periodo?
CL: In soli due anni, abbiamo acquisito una nuova consapevolezza della varietà di virus presenti nel nostro corpo e di come il nostro sistema immunitario li regoli. Abbiamo già compreso quanto sia vasto il viroma: abbiamo catalogato migliaia di ceppi virali unici in individui sani.
Inoltre, il nostro gruppo ha contribuito ad identificare diverse decine di regioni nel genoma umano che sono importanti per regolare la composizione del viroma nella nostra popolazione.
YH-K: Stiamo già imparando molto sul viroma umano, comprese le strategie per flussi di lavoro ottimali, gli approcci di sequenziamento ed analisi e le considerazioni etiche fondamentali.
BM e LB: Gran parte degli sforzi compiuti nell'ambito dell'HVP negli ultimi due anni si sono concentrati sul progresso delle attività volte a caratterizzare sistematicamente il viroma umano ed a costruire gli strumenti e le infrastrutture necessarie per studiarlo su larga scala. Ciò include la raccolta di dati da un'ampia gamma di persone, il miglioramento dei metodi per identificare e analizzare i virus e l'avvio dell'organizzazione di questi dati in risorse condivise. Il programma ha inoltre istituito diversi centri di ricerca e coordinato gli sforzi tra caratterizzazione del viroma, sviluppo di strumenti e metodi e studi funzionali.
Questi sforzi stanno contribuendo a far progredire il settore verso una comprensione più completa e coordinata del viroma umano.
KB: Come prevedete o sperate che il lavoro dell'HVP possa contribuire all'assistenza sanitaria ed alla nostra comprensione delle malattie nei prossimi anni?
CL: Uno dei miei esempi preferiti, che mi spinge a riflettere, è il virus di Epstein-Barr (EBV), un virus endemico che ha colpito oltre il 90% di noi negli Stati Uniti e nel Regno Unito. Sebbene l'EBV inizialmente causi la mononucleosi quando si viene infettati (in genere durante l'adolescenza), gli effetti negativi del virus sulla salute si manifestano solitamente solo decenni dopo, quando sappiamo che una rara percentuale di persone infettate dall'EBV svilupperà la sclerosi multipla. Questo significa che le infezioni che contraiamo nella prima parte della vita potrebbero non sembrare gravi, ma un giorno potrebbero causare malattie croniche. La nostra capacità di comprendere come le infezioni virali influenzino la nostra salute in età adulta, soprattutto per patologie complesse senza una singola causa, sarà rivoluzionaria.
YH-K: Sappiamo dai dati storici che le epidemie virali hanno causato più morti di quante ne abbiano causate cancro, malattie cardiache ed incidenti stradali messi insieme; pertanto, la speranza e la promessa sono che i dati e le conoscenze generate dall'HVP contribuiranno a salvare vite umane ed a migliorare la preparazione alle pandemie. Ulteriori aree promettenti sono la generazione di nuove diagnosi e terapie, lo sviluppo di nuovi strumenti scientifici ed una migliore comprensione del ruolo del viroma nella salute e nella malattia.
BM e LB: Migliorando la nostra comprensione del viroma umano e delle sue interazioni con l'organismo, l'HVP ha il potenziale per fornire nuove conoscenze sulla salute e lo sviluppo umano. Nel tempo, questo lavoro potrebbe contribuire ad identificare i fattori virali associati a malattie, comprese quelle croniche ed autoimmuni, ed al contempo a scoprire virus che favoriscono la salute e la resilienza.
Potrebbe inoltre contribuire a futuri approcci diagnostici o terapeutici, migliorando la nostra comprensione di come le comunità virali cambiano con l'invecchiamento, i fattori ambientali e lo stato di salute. Ad esempio, la ricerca in corso sta sviluppando una terapia fagica mirata per eliminare i batteri nocivi o per contribuire a costruire microbiomi sani che impediscano ai batteri pericolosi di attecchire. Più in generale, l'HVP creerà conoscenze e risorse fondamentali che potranno orientare la ricerca futura in materia di malattie e salute.
ENGLISH
From “viral dark matter” to new tools, researchers are tackling the mysteries of the human virome.
We play host to vast numbers of different viruses.
The human virome—the community of viruses that populate our bodies—is incredibly complex, formed of viruses that cause acute or persistent infections and those that co-exist with us without contributing to disease.
We play host to vast numbers of different viruses.
The human virome—the community of viruses that populate our bodies—is incredibly complex, formed of viruses that cause acute or persistent infections and those that co-exist with us without contributing to disease.
We play host to vast numbers of different viruses.
The human virome—the community of viruses that populate our bodies—is incredibly complex, formed of viruses that cause acute or persistent infections and those that co-exist with us without contributing to disease.
KB: What are the major challenges in studying the human virome, and how do you think they might be overcome?
CL: Viruses can take on all sorts of different shapes and sizes. Some are made up of only RNA, some only DNA, and yet others that don’t seem to code for any proteins. The sheer number and diversity of viruses make it difficult to create experimental methods to map them all.
We are overcoming this by bringing in individuals with diverse technological backgrounds spanning bacterial methods, soil viromics, and human genetics to collectively overcome these challenges.
YH-K: Prior virome metagenomic sequencing studies found viral sequences that do not align with information in databases and thus represent viral “dark matter” that has yet to be defined. These knowledge gaps create a barrier to scientific progress, profoundly limiting our ability to detect and control viruses that pose threats to human populations.
The HVP aims to fill these gaps by means of defining all facets of the human virome across the life and health spans in diverse populations; employing and developing novel tools and approaches will be a key component to moving the field forward.
BM and LB: Studying the human virome has been challenging due to its vast diversity within a single person, between body sites, and among different people and environments. Making comparisons between viromes is difficult because virus categorization is not straightforward. For example, viral genomes can be made up of DNA or RNA, their genome sizes can range from a few to hundreds of kilobases, their shapes can be wildly different from small spherical conformations to having complex structures, and their lifecycles are incredibly diverse. This diversity, in turn, poses challenges to developing sampling, processing, and sequencing methods that consistently identify all types of viruses.
Because of the large variety, most of the genome content of newly discovered viruses do not align with any information in existing databases, so arriving at conclusions about viral functions is extremely difficult.
Additional challenges include distinguishing true viral signals from contamination. The HVP is designed to address these barriers by developing innovative tools, models, and computational methods, as well as building standardized datasets, protocols, and resources to support the broader research community.
KB: Which research areas covered by the HVP are you most excited about?
CL: Our group focuses on understanding how human cells interact with viruses. We’re particularly excited about answering how differences between humans in their immune function interact with different viruses to result in distinct health outcomes. I think that understanding how our immune system interacts with these viruses could be the key to understanding long-term immune function and potential therapeutic targets (i.e., new immunotherapies) to treat diseases beyond infections.
YH-K: Our center at UCLA is focused on defining the viruses across the oral–gut–brain axis; an important functional unit already known to exist and with relevance to the human microbiome in health and disease.
BM and LB: The program spans several important areas, including large-scale characterization of the human virome from people in the US, development of new tools and computational approaches, and studies of how the virome interacts with the human body and other microbes. Together, these efforts have the potential to significantly expand our understanding of how the virome is established, how it changes over time and across the lifespan, how it responds to factors such as aging and the environment, and how it contributes to human physiology.
KB: The panel discussion at ASM 2026 is centered around the HVP being two years in—how do you think our understanding of the human virome has changed over those two years?
CL: Within just two years, we have a new appreciation for the breadth of viruses in our bodies and how our immune system regulates them. We’ve already gained an appreciation for how vast the virome is—we have cataloged thousands of unique viral strains in healthy individuals.
Further, our group has helped identify several dozens of regions in the human genome that are important for regulating how the virome is composed across our population.
YH-K: We are already learning a great deal about the human virome, including strategies for optimal workflows, sequencing and analysis approaches, and critical ethical considerations.
BM and LB: The bulk of the effort in the HVP over the past two years has been dedicated to advancing efforts to systematically characterize the human virome and build the tools and infrastructure needed to study it at scale. This includes generating data from a wide range of people, improving methods for identifying and analyzing viruses, and beginning to organize these data into shared resources. The program has also established multiple research centers and coordinated efforts across virome characterization, tool and method development, and functional studies.
These efforts are helping to move the field toward a more comprehensive and coordinated understanding of the human virome.
KB: How do you predict or hope that work from the HVP might contribute to healthcare and our understanding of disease over the next few years?
CL: One of my favorite motivating examples is the Epstein-Barr virus (EBV), an endemic virus that >90% of us in the US and UK have been infected by. While EBV initially gives you mononucleosis when you are infected (typically as a teenager), the negative health impacts of the virus typically aren’t seen for decades, where we now know that a rare subset of us infected by EBV will develop multiple sclerosis. What this means is that infections that we encounter early in life may not look bad, but one day may cause chronic diseases. Our ability to understand how infections from viruses later influence our health, especially for complex conditions with no single cause, is going to be transformative.
YH-K: We know from historical data that viral outbreaks have claimed more lives than death due to cancer, heart disease, and traffic accidents combined; therefore, the hope and promise is that data and knowledge generated from the HVP will help save lives and help with pandemic preparedness. Additional areas of promise are the generation of novel diagnostics, therapeutics, development of novel tools for science, and improved understanding of the role of the virome in health and disease.
BM and LB: By improving our understanding of the human virome and its interactions with the body, the HVP has the potential to provide new insights into human health and development. Over time, this work may help identify viral factors associated with disease, including chronic and autoimmune conditions, while also uncovering viruses that support health and resilience.
It may also contribute to future diagnostic or therapeutic approaches by improving our understanding of how viral communities change with aging, environmental factors, and health status. For instance, ongoing research is developing targeted phage therapy to remove harmful bacteria or to help build healthy microbiomes that keep dangerous bacteria from taking hold.. More broadly, the HVP will create foundational knowledge and resources that can inform future research into disease and health.
Da:
https://www.technologynetworks.com/immunology/articles/a-deep-dive-into-the-human-virome-412690
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